GELOMBANG

Gelombang Klasifikasi Gelombang Sifat gelombang Gelombang Suara Efek Doppler

OUTLINE

GELOMBANG

KLASIFIKASI GELOMBANG

Gelombang menurut arah perambatannya:Gelombang LongitudinalGelombang TransversalGelombang menurut kebutuhan medium dalam perambatannya:Gelombang MekanikGelombang Elektromagnetik

KLASIFIKASI GELOMBANG

Gelombang Longitudinal

Gelombang dengan arah gangguan sejajar dengan arah penjalarannya.

Contoh : gelombang bunyi, gelombang bunyi ini analog dengan pulsa longitudinal dalam

suatu pegas vertikal di bawah tegangan dibuat berosilasi ke atas dan ke bawah disebuah ujung, maka sebuah gelombang longitudinal berjalan sepanjang pegas tersebut ,koil – koil pada pegas tersebut bergetar bolak –balik di dalam arah di dalam mana gangguan berjalan sepanjang pegas.

KLASIFIKASI GELOMBANG

Gelombang Transversal

Gelombang transversal adalah gelombang dengan gangguan yang tegak lurus arah penjalaran.

Contoh: gelombang cahaya dimana gelombang listrik dan gelombang medan magnetnya tegak lurus kepada arah penjalarannya.

KLASIFIKASI GELOMBANG

Transversal vs longitudinal

Gelombang Transversal:

Perpindahan medium Arah jalar gelombang

Gelombang Longitudinal:

Perpindahan medium Arah jalar gelombang

Sifat gelombang

Amplitudo: Perpindahan maksimum A dari sebuah titik pada gelombang.

Panjang gelombang

Amplitudo A

A

Perioda: Waktu T dari sebuah titik pada gelombang untuk melakukan satu osilasi secara komplit.

Sifat gelombang

f = 1/T : Frekuensi, jumlah perioda per detik (Hertz, Hz)

= vT v = T = f

+A

-A+A

-A+A

-A

-A

+A

+A

-A

y

0t

4Tt

42Tt

43Tt

Tt

x

x

x

x

x

Laju: Gelombang bergerak satu panjang gelombang dalam satu perioda T atau panjang gelombang yang terjadi setiap satu satuan waktu

KLASIFIKASI GELOMBANG

Gelombang Mekanik

Gelombang mekanik adalah gelombang yang memerlukan medium tempat merambat.

Contoh gelombang mekanik gelombang pada tali, gelombang bunyi.

GELOMBANG PADA TALI ATAU KAWAT

L

Tc

C = kecepatan gelombang

T = tegangan tali [N]

L = rapat massa per satuan panjang [kg/m]

KLASIFIKASI GELOMBANG

Gelombang Mekanik

Contoh Sebuah kapal melempar sauh pada suatu lokasi dan

diombang-ambingkan gelombang naik dan turun. Jika jarak antara puncak gelombang adalah 20 meter dan laju gelombang 5 m/s, berapa lama waktu t yang dibutuhkan kapal untuk bergerak dari puncak ke dasar lembah gelombang? t

t + t

Diketahui v = / T, maka T = / v. Jika = 20 m dan v = 5 m/s, maka T = 4 sec

Waktu tempuh dari puncak ke lembah adalah setengah perioda, jadi t = 2 sec

Laju bunyi di udara sedikit lebih besar dari 300 m/s, dan laju cahaya di udara kira-kira 300,000,000 m/s.

Misal kita membuat gelombang bunyi dan gelombang cahaya yang keduanya memiliki panjang gelombang 3 m. Berapa rasio frekuensi gelombang cahaya terhadap

gelombang bunyi?

Contoh

Diketahui v = / T = f (karena f = 1 / T )

Jadi fv

Karena sama untuk kedua gelombang, maka

1,000,000v

v

f

f

sound

light

sound

light

Solusi

Berapakah frekuensi tersebut?

fv 300 m s

3m100 Hz

Untuk bunyi dengan = 3m :

fv 3 10 m s

3m100 MHz

8

Untuk cahaya dengan = 3m :

(radio FM)

Contoh …

Panjang gelombang microwave yang dihasilkan oleh oven microwave kira-kira 3 cm. Berapa frekuensi yang dihasilkan gelombang ini yang menyebabkan molekul air makanan anda bervibrasi?

Contoh

34

1 GHz = 109 siklus/sec

Laju cahaya c = 3x108 m/s

Ingat v = f.

fv 3 10 m s

.03m10 Hz 10GHz

810

H H

O

Membuat molekul air bergoyangMembuat molekul air bergoyang

Fungsi Gelombang

y(x,t) = Asin(kx-t)

A: amplitudo

kx-t : fasa

k: bilangan gelombang

k 2

Jika ∆x=, fasa bertambah 2

: frekuensi angular

(2 rads = 360°)

2T2f

Jika ∆t=T, fasa bertambah 2

• Kita menggunakan fungsi sinusoid untuk menggambarkan berbagai gelombang

(a) k = 60 cm-1, T=0.2 s, zm=3.0 mm

z(y,t)=zmsin(ky-t)

= 2/T = 2/0.2 s =10s-1

z(y, t)=(3.0mm)sin[(60 cm-1)y -(10s-1)t]

(a) Tuliskan persamaan yang gelombang sinusoidal transversal yang menjalar pada tali dalam arah y dengan bilangan gelombang 60 cm-1, perioda 0.20 s, dan amplitudo 3.0 mm. Ambil arah z sebagai arah transversal. (b) Berapa laju transversal maksimum dari titik pada tali?

Contoh

uz z(y, t)

tzm cos ky t

zm sin2 (ky t)

(b) Laju

uz,max= zm = 94 mm/s

SoalGelombang sinusoidal dengan frekuensi 500 Hz menjalar dengan laju 350 m/s. (a) Berapa jarak dua titik yang berbeda fasa /3 rad? (b) Berapa beda fasa antara dua pergeseran pada suatu titik dengan perbedaan waktu 1.00 ms ?

f = 500Hz, v=350 mm/s

x, t kx t(a) Fasa

2, 2

fx t x tf

v

2k

v fk

2 f

2f

vx

x v

2f

350m/s

2 500Hz 30.117 m

y(x,t) = Asin(kx-t)

(b) 32 2 500 Hz (1.00 10 ) rad.f t

Soal Pada sebuah kawat, yang mempunyai rapat massa persatuan panjang sebesar 30 gram/m dan mendapat tegangan sebesar 120 N, merambat sebuah gelombang dengan amplituda 10 mm dan frekuensi sebesar 5 Hz.a). Tentukan kecepatan gelombangnyab). Hitung simpangan dan kecepatan partikelnya pada x = 0,5 m dan t = 3 detik

KLASIFIKASI GELOMBANG

Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang energi dan momentumnya dibawa oleh medan listrik (E) dan medan magnet (B) yang dapat menjalar melalui vakum atau tanpa membutuhkan medium dalam perambatan gelombangnya.

Sumber gelombang elektromagnetik : Osilasi listrik. Sinar matahari menghasilkan sinar infra merah. Lampu merkuri menghasilkan ultra violet. Inti atom yang tidak stabil menghasilkan sinar gamma.

SIFAT GELOMBANG

REFLEKSI (PEMANTULAN)

Menurut Hukum Snellius, gelombang datang, gelombang pantul, dan garis normal berada pada satu bidang dan sudut datang akan sama dengan sudut pantul, seperti tampak pada gambar berikut:

SIFAT GELOMBANG

REFRAKSI (PEMBIASAN)

Pembiasan gelombang adalah pembelokan arah lintasan gelombang  setelah melewati bidang batas antara dua medium yang berbeda

SIFAT GELOMBANG

INTERFERENSI

Interferensi gelombang akan terjadi pada dua buah gelombang yang koheren

SIFAT GELOMBANG

DIFRAKSI

Peristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika sebuah gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah celah sempit.

SIFAT GELOMBANG

DISPERSI

Dispersi adalah penyebaran bentuk gelombang ketika merambat melalui suatu medium.

Fluktuasi tekanan akustik = p

p = P - Po

p = tekanan akustik [Pa]P = tekanan udara sesaat [Pa]Po = tekanan udara kesetimbangan [Pa]

Po = 1 atm. = 1.013x105 Pa 105 Pa

GELOMBANG SUARA

SATUAN DESIBEL [dB]

refp

plog20dB

pref = tekanan akustik acuan =20 Pa = 20x10-6 Pa

= batas ambang telinga manusia (0 dB)

GELOMBANG SUARA

CONTOH-CONTOH SKALA DESIBELType of sound sources Level [dB]

Threshold of hearing 0

Rustle of leaves 10

Whisper (at 1 m ) 20

City street, no traffic 30

Office, classroom 40

Normal conversation (at 1 m) 50

Jackhammer (at 1 m) 60

Rock group 110

Threshold of pain 120

Jet engine (at 50 m) 130

Saturn rocket (at 50 m) 200

ANALOGI AKUSTIK - LISTRIK

LISTRIK AKUSTIK

V =Tegangan [Volt]

p =Tekanan akustik [Pa]

I = Arus [Ampere] v =Kecepatan partikel [m/s]

Z = impedansi [Ohm]

Z = impedansi = c [Rayl]

= rapat massa [kg/m3]

c = kecepatan gelombang [m/s]

W = [Watt] I = Intensitas [W/m2]

Sumber bunyi & pendengar diam

Mobil van dalam keadaan diam

Suara mesin terdengar pada pola titik nada yang tetap

Efek Doppler

Sumber bunyi mendekati pendengar

Mobil van mendekati pendengar

Pola titik nada mesin meningkat

vv

f

vv

vf

vf

f

vv

f

v

ss

ss

1''

'

00

00

v = kecepatan bunyi

vs = kecepatan sumber

= panjang gel. Awal

f0 = frekuensi awal

Sumber bunyi mendekati pendengar…

Mobil van mendekati pendengar

Cahaya dari mobil van terlihat “bluer”

Sumber bunyi menjauhi pendengar

Cahaya dari mobil van terlihat “redder”

S

cc

D

Frekuensi sumber = f

Panjang gelombang =

= c TPerioda gelombang = T

c = f

Efek Doppler

5 T

4 T

3 T

2 T

T

S = sumber

D = detektor

c

c t

SUMBER DAN DETEKTOR DIAM

Jumlah gelombang

tc

fc

t

ct

f

'

c

c t

c + VD

VD

VD t

SUMBER DIAM DAN DETEKTOR BERGERAK

Panjang gelombang tetap

Kecepatan berubahJumlah gelombang

tVtc D

c

Vcf

fcVcVc

t

tVct

'f DDD

D

c

Vcff D'

SUMBER BERGERAK DAN

DETEKTOR DIAM

VS

’

Panjang gelombang berubah

TVcT S'

TVcT

ccf

S

''

SVc

cff '

SVc

cff

'

SUMBER DAN DETEKTOR BERGERAK

S

D

Vc

Vcff

'

+ Detektor mendekati sumber

- Detektor menjauhi sumber

- Sumber mendekati detektor

+ Sumber menjahui detektor

Sebuah ambulan menyusul seorang pembalap sepeda sambil membunyikan sirine dengan frekuensi 1600 Hz. Setelah dilewati oleh ambulan pembalap sepeda tadi mendengarkan sirine dengan frekuensi sebesar 1590 Hz. Hitung kecepatan dari ambulan bila kecepatan dari sepeda adalah 8,78 km/jam.

Soal

S

P

Vc

Vcf'f

Jawab :

Sumber (ambulan) bergerak menjauhi dan detektor (pembalap sepeda) bergerak mendekati

s/m44,23600

1000)78,8(VP

jam/km6,161000

3600613,4VS

s/m343c

c)Vc('f

fV PS s/m613,4343)44,2343(

1590

1600VS

Soal

Seekor kelelawar yang sedang terbang dengan kecepatan Vk akan memancarkan gelombang akustik berfrekuensi tinggi (ultrasonik). Bila gelombang ultrasonik ini menemui seekor mangsanya yang juga sedang bergerak dengan kecepatan Vm, maka gelombang tersebut akan dipantulkan kembali dan diterima oleh kelelawar. Frekuensi yang dipancarkan dapat diubah-ubah dan biasanya kelelawar akan memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu sedemikian rupa sehingga frekuensi yang diterimanya fkt adalah sebesar 83 kHz, yaitu frekuensi yang telinganya mendengar paling baik (sensitif). Bila kelelawar dan mangsanya saling mendekat dengan kecepatan masing-masing adalah 9 m/s dan 8 m/s,

a). Tentukan frekuensi yang didengar oleh mangsanya (fm)b). Tentukan frekuensi yang dipancarkan oleh kelelawar (fkp)

Sebuah kapal selam Perancis dan sebuah kapal selam Amerika bergerak saling mendekati dengan kecepatan masing-masing sebesar 50 km/jam dan 70 km/jam seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Kapal selam Perancis mengirimkan sinyal sonar (gelombang suara di dalam air laut) berfrekuensi 1000 Hz. Bila ternyata terdapat pergeseran frekuensi sebesar 4,5 % pada sinyal sonar yang diterima kembali, tentukan kecepatan gelombang suara di dalam air laut.

Soal

70c

50c

50c

70c045,1

1000

1045

f

''f

)70c)(50c()70c)(50c(045,1

05,157c4,245c045,0 2

50c

70cf'f

70c

50c'f''f

jam/km6,1514c

TERIMA KASIH